编写一个简单的TCP服务端和客户端

admin

实验环境是linux系统，效果如下：

1.启动服务端程序，监听在6666端口上

2.启动客户端，与服务端建立TCP连接

3.建立完TCP连接，在客户端上向服务端发送消息

4.断开连接

实现的功能很简单，但是对于初来乍到的我费了不少劲，因此在此总结一下，如有错点请各位大神指点指点

什么是SOCKET（插口）：

     这里不用 "套接字" 而是用 "插口" 是因为在《TCP/IP协议卷二》中，翻译时也是用 "插口" 来表示socket的。

     "套接字" 这词不知道又是哪个教授级人物造出来的，听起来总是很怪，虽然可以避免语义上的歧义，但不明显。

      对插口通俗的理解就是：它是一个可以用来输入或者输出的网络端，另一端也具有同样相对应的操作。

      具体其他高级的定义不是这里的重点。值得说的是：

      每个插口都可以标识某个程序通信的一端，通过系统调用使得程序与网络设备之间的交流连接起来。

      应用程序 -> 系统调用 -> 插口层 -> 协议层 -> 接口层  ->发送（接收的话与之相反）

0 d9 ~) f# K3 V& F- j, r
/ _1 r* @- R* ~

如何标识一个SOCKET：

       如上定义所述，可以通过地址，协议，端口三要素来确定一个通信端，而在linux C程序中使用 标识符 来标识一个

       SOCKET，Unix系统对设备的读写操作等同于对描述符的读写操作，标识符可以用于：插口 管道 目录 设备 文件等等

       描述符是个正整数，事实上他是检查表表项中的一个下标，用于指向打开文件表的结构。

       述符前三个标识符0  1  2 分别系统保留：标准输入（键盘），标准输出（屏幕），标准错误输出

       当我们使用新的描述符来创建socket时，他一般从最小未使用的数字开始分配，也就是3

  ~- B( e, T5 g3 @, K0 H: `

服务端实现的流程：

       1.服务端开启一个SOCKET（socket函数）

       2.使用SOCKET绑定一个端口号（bind函数）

       3.在这个端口号上开启监听功能（listen函数）

       4.当有对端发送连接请求，向其发送ack+syn建立连接（accept函数）

       5.接收或者回复消息（read函数 write函数）

7 y0 l/ d$ F7 [6 C: c

客户端实现流程：

      1.打开一个SOCKET

      2.向指定的IP 和端口号发起连接（connect函数）

      3.接收或者发送消息（send函数  recv函数）

, C7 ^! |% l+ X/ {. K% F

如何并发处理：

      如果按照以上流程实现其实并不难，但是有个缺陷，因为C语言是按顺序单一流程运行，也就是说如果

      直接在程序当中使用accept函数（建立连接）的话，那么程序会阻塞在accept这里，这是因为如果客户端

      一直没有发送connect连接，那么accept就无法得知客户端的IP和端口，也就只能一直等待（阻塞）直到

      有请求触发继续执行为止，这样就导致如果同时多个客户向服务端发送请求连接，那么服务端只能按照

      单一线程去处理第一个客户端，无法开启多个线程同时处理多个用户的请求。

( F7 g5 s- u+ S4 ]
+ J  B5 M9 W& M5 ~) ?

如何解决：

下面摘文截取网上的资料，有兴趣者可以看看

系统提供select函数来实现多路复用输入/输出模型，该函数用于在非阻塞中，当一个套接字或一组套接字有信号时通知你

1. int select(int nfds, fd_set *readfds, fd_set *writefds, exceptfds, const struct timeval* timeout);

复制代码

所在的头文件为：

1. #include <sys/time.h>
   " O+ X% Z- D8 z; F1 P; p" ?
2. 
   
3. #include <unistd.h>

复制代码

  功能：测试指定的fd是否可读，可写 或者 是否有异常条件待处理

    readset  用来检查可读性的一组文件描述字。

: U/ i4 q  _9 B5 Y    writeset 用来检查可写性的一组文件描述字。

2 ?& x! U; ?# Y8 L) p    exceptset用来检查是否有异常条件出现的文件描述字。(注：不包括错误)

    timeout  用于描述一段时间长度，如果在这个时间内，需要监视的描述符没有事件发生则函数返回，返回值为0。

  m- R2 [; P8 x9 u% R$ C. H    对于select函数的功能简单的说就是对文件fd做一个测试。测试结果有三种可能：

5 s9 Y# i2 V2 Y

1. 1.timeout=NULL                 （阻塞：select将一直被阻塞，直到某个文件描述符上发生了事件）
   & j6 P, G8 ]8 T
2. 
   
3.     2.timeout所指向的结构设为非零时间  （等待固定时间：如果在指定的时间段里有事件发生或者时间耗尽，函数均返回）
   
4. 
   " b8 L& A: V3 F0 f- E3 j
5.     3.timeout所指向的结构，时间设为0   （非阻塞：仅检测描述符集合的状态，然后立即返回，并不等待外部事件的发生）

复制代码

   返回值：

    返回对应位仍然为1的fd的总数。注意啦：只有那些可读，可写以及有异常条件待处理的fd位仍然为1。

    否则为0哦。举个例子，比如recv(), 在没有数据到来调用它的时候,你的线程将被阻塞,如果数据一直不来,

   你的线程就要阻塞很久.这样显然不好。所以采用select来查看套节字是否可读(也就是是否有数据读了) 。

   现在,UNIX系统通常会在头文件<sys/select.h>中定义常量FD_SETSIZE，它是数据类型fd_set的描述字数量，

   其值通常是1024，这样就能表示<1024的fd。
& t: k/ Q# k, Y7 |  s/ ]! V9 H
   

fd_set结构体：

     文件描述符集合，用于存放多个fd（文件描述符，这里就是套接字）

       可以存放服务端的fd，有客户端的fd。下面是对这个文件描述符集合的操作：

1. FD_ZERO(*fds)：     将fds设为空集
   
2.    
   
3. FD_CLR(fd,*fds)：   从集合fds中删除指定的fd
   / S! m. R# |- x. \, Z3 {3 R; Y
4. 
   * _6 B/ C& @. W  h" ^1 V
5. FD_SET(fd,*fds)：   从集合fds中添加指定的fd
   + O. A9 _- h6 F* D% A+ T
6. 
   
7. FD_ISSET(fd,*fds)： 判断fd是否属于fds的集合

复制代码

步骤如下

1. socket s;
   6 t4 A9 s5 o" c* E; X4 ^8 p/ H
2. .....
   
3. fd_set set;
   
4. while(1){
   
5. FD_ZERO(&set);                    //将你的套节字集合清空
   
6. FD_SET(s, &set);                 //加入你感兴趣的套节字到集合,这里是一个读数据的套节字s
   
7. select(0,&set,NULL,NULL,NULL);   //检查套节字是否可读,
   7 T# n8 b/ D2 r
8. if(FD_ISSET(s, &set)            //检查s是否在这个集合里面,
   . T: W8 `* M# d2 i- N
9. {                               //select将更新这个集合,把其中不可读的套节字去掉
   
10.                                 //只保留符合条件的套节字在这个集合里面
    * ^( z3 K3 J7 H) [! Q" d
11. recv(s,...);
    * M$ g, W* ^: \  n% l4 H
12. }
    
13. //do something here
    
14. }

复制代码

假设fd_set长度为1字节，fd_set中的每一位可以对应一个文件描述符，那么1字节最大可以对应8个fd

1. (1）执行fd_set set; FD_ZERO(&set);  则set用位为0000,0000。
   
2. 
   5 K# b$ e: m! K6 r7 x
3.    （2）若fd＝5,执行FD_SET(fd,&set);     后set变为 0001,0000(第5位置为1)
   0 e0 e. L; \% p: l1 M: y
4. 
   * N2 _) K* ]! ^' }
5.    （3）若再加入fd＝2，fd=1               则set变为 0001,0011
   5 a+ X; w+ \- R; F+ X3 v; ~
6. 
   
7.    （4）执行select(6,&set,0,0,0)        阻塞等待
   
8. 
   
9.    （5）若fd=1,fd=2                    上都发生可读事件，则select返回，此时set变为0000,0011。注意：没有事件发生的fd=5被清空。

复制代码

1.可监控描述符的个数取决与sizeof(fd_set)的值

2.文件描述符的上限可以修改

3.将fd加入select监控集时，还需要一个array数组保存所有值

   因为每次select扫描之后，有信号的fd在集合中应被保留，但select将集合清空

   因此array数组可以将活跃的fd存放起来，方便下次加入fd集合中

   对集合fe_set与array进行遍历存储，即所有fd都重新加入fd_set集合中

   另外活跃状态在array中的值是1，非活跃状态的值是0

4.具体过程看代码会好理解

% E  U; {/ G: B7 z0 M1 a" h
- r4 v  w3 ]5 k" C

使用select函数的过程一般是：

$ h9 M! e$ ]1 s6 N9 g) T    先调用宏FD_ZERO将指定的fd_set清零，然后调用宏FD_SET将需要测试的fd加入fd_set，

    接着调用函数select测试fd_set中的所有fd，最后用宏FD_ISSET检查某个fd在函数select调用后，相应位是否仍然为1

     复制粘贴的摘文排版起来真的是痛苦，我已经尽力排版了。。。
8 n) M# f0 E5 o5 O

客户端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   4 l( W/ B" T1 `9 q! B. T$ ~
3. #include <stdlib.h>
   0 U% G! a- K& H' E! O* q( g2 P
4. #include <string.h>
   8 I! U' z7 k2 e$ H3 w2 f$ ]! Y* G
5. #include <unistd.h>
   6 Y4 A) ?" I' {/ K0 c; s: _
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <fcntl.h>
   
9. #include <sys/stat.h>
   % P: M; p6 Y! r8 w. P: ]# b
10. #include <sys/types.h>
    
11. #include <sys/socket.h>
    
12. 
    
13. #define REMOTE_PORT 6666　　　　　　　　//服务器端口
    
14. #define REMOTE_ADDR "127.0.0.1"　　　  //服务器地址
    . v5 Q" y4 r8 P, z! D/ U2 N3 D
15. 
    
16. int main(){
    4 x- ?' u) h! I7 a
17.   int sockfd;
    
18.   struct sockaddr_in addr;
    ( N" R9 B, E( w" z8 v0 m0 L
19.   char msgbuffer[256];
    . G3 i/ O9 [  @$ q7 r9 }
20.    
    1 ^+ v6 I: A4 d$ g0 c
21.   //创建套接字
    ) o4 K4 P5 ^9 t: S3 T( x
22.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    3 F, q. K8 r% v
23.   if(sockfd>=0)
    
24.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    
25. 
    " ?! j% R9 `8 j2 F; w( w
26.   //将服务器的地址和端口存储于套接字结构体中
    , R, S$ N9 w# k; E/ u2 U+ G$ q
27.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
28.   addr.sin_family=AF_INET;
    
29.   addr.sin_port=htons(REMOTE_PORT);
    
30.   addr.sin_addr.s_addr = inet_addr(REMOTE_ADDR);
    
31.   
    & T2 |2 e* Q- B: P" }( h% y
32.   //向服务器发送请求
    % L+ X8 R/ U9 N2 H& U1 u% h; R6 W
33.   if(connect(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    
34.     printf("connect successfully\n");
    0 c8 m/ T) v# D
35.    
    5 s, g9 Z3 o% Q. P. C" D1 l
36.   //接收服务器返回的消息（注意这里程序会被阻塞，也就是说只有服务器回复信息，才会继续往下执行）
    ) X8 v& K; M5 J# s/ v: i; X
37.   recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
38.     printf("%s\n",msgbuffer);
    6 h  x3 n) @3 b/ @
39.   
    5 }  H. O" D+ T8 h3 X9 i; G- X
40.   while(1){
    1 R% X0 `8 n* B( J1 c& G
41.     //将键盘输入的消息发送给服务器，并且从服务器中取得回复消息
    
42.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    * r+ Z5 w6 N3 y) O
43.     read(STDIN_FILENO,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    4 O1 `: i3 M. T; W2 Q. M
44.     if(send(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0)<0)
    
45.       perror("ERROR");
    & s0 X' W% Q' s' @. `5 q# K
46.    
    
47.     bzero(msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    " X0 M4 C7 G, o# N5 B" [% l7 a
48.     recv(sockfd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer),0);
    
49.     printf("[receive]:%s\n",msgbuffer);
    
50.    
    
51.     usleep(500000);
    - z) w7 X- M$ l6 f% l
52.   }
    - T) ~2 W0 G: n4 U# ^+ G
53. }

复制代码

服务端：

1. #include <time.h>
   
2. #include <stdio.h>
   
3. #include <stdlib.h>
   
4. #include <string.h>
   
5. #include <unistd.h>
   
6. #include <arpa/inet.h>
   
7. #include <netinet/in.h>
   
8. #include <sys/types.h>
   
9. #include <sys/socket.h>
   
10. 
    
11. #define LOCAL_PORT 6666　　　　　　//本地服务端口
    
12. #define MAX 5　　　　　　　　　　　　//最大连接数量
    
13. 
    & p) C" H% `. O1 N) G1 ~$ e
14. int main(){
    - ?' ]7 `! x/ G5 K4 Q4 P
15.   int sockfd,connfd,fd,is_connected[MAX];
    
16.   struct sockaddr_in addr;
    % Y: `. D( O* c  }' m/ k
17.   int addr_len = sizeof(struct sockaddr_in);
    5 k2 h0 w- [6 S7 V% x5 J, T
18.   char msgbuffer[256];
    
19.   char msgsend[] = "Welcome To Demon Server";
    
20.   fd_set fds;
    
21.    
    
22.   //创建套接字
    4 T6 J( `( ]+ n; `1 y
23.   sockfd = socket(AF_INET,SOCK_STREAM,0);
    
24.   if(sockfd>=0)
    . @; ^* i/ o; ?* u: Z- K
25.     printf("open socket: %d\n",sockfd);
    ' ^( z2 z. v  C/ L$ N
26. 
    
27.   //将本地端口和监听地址信息保存到套接字结构体中
    
28.   bzero(&addr,sizeof(addr));
    
29.   addr.sin_family=AF_INET;
    5 x5 [* o. |/ w$ g' w
30.   addr.sin_port=htons(LOCAL_PORT);
    ; I5 e7 o3 O6 Q/ a5 \3 ?( S# i
31.   addr.sin_addr.s_addr = htonl(INADDR_ANY);   //INADDR_ANY表示任意地址0.0.0.0 0.0.0.0
    " c* R, w  x' D( U) v; G) d
32.    
    
33.   //将套接字于端口号绑定
    1 w+ U( Y; }% u- K
34.   if(bind(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,sizeof(addr))>=0)
    $ Y: F( ?5 G) |* t' q, x" w1 M
35.     printf("bind the port: %d\n",LOCAL_PORT);
    
36. 
    
37.   //开启端口监听
    
38.   if(listen(sockfd,3)>=0)
    
39.     printf("begin listenning...\n");
    . E$ F  P- M4 f# J
40. 
    7 y2 R- a4 u" v* ?5 S
41.   //默认所有fd没有被打开
    $ q4 B: P3 U! Z& H" T% {
42.   for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    
43.     is_connected[fd]=0;
    6 e4 q6 O" t+ ?5 W
44. 
    
45.   while(1){
    5 v/ T: _6 _+ s  L7 V4 d
46.     //将服务端套接字加入集合中
    ) e5 p1 x3 ~7 M* m* E" {5 Z$ _
47.     FD_ZERO(&fds);
    % ?% h4 F4 ?/ i: b, r- p
48.     FD_SET(sockfd,&fds);
    
49.      
    
50.     //将活跃的套接字加入集合中
    
51.     for(fd=0;fd<MAX;fd++)
    7 o0 T* |* H: a" [. _1 I
52.       if(is_connected[fd])
    : O5 m, x( ^! u/ s
53.         FD_SET(fd,&fds);
    : V5 ~, G5 _- E2 L* c
54. 
    / F4 |' ^4 W* D8 K7 o8 v3 L
55.     //监视集合中的可读信号，如果某个套接字有信号则继续执行，此时集合中只有存在信号的套接字会被置为1，其他置为0
    0 D, C4 ^; r5 n6 p( F% F0 \3 K
56.     if(!select(MAX,&fds,NULL,NULL,NULL))
    $ q) @  T3 p  Q9 K) a3 r
57.       continue;
    ) i# ~+ o; W# p4 K6 L3 r
58. 
    % Q; a3 L7 i+ H
59.     //遍历所有套接字判断是否在属于集合中的活跃套接字
    8 {9 q2 N: F- `% k7 W
60.     for(fd=0;fd<MAX;fd++){
    
61.       if(FD_ISSET(fd,&fds)){
    5 [3 O7 c9 D! m& C" I
62.         if(fd==sockfd){                             //如果套接字是服务端，那么与客户端accept建立连接
    7 q, W" O  @1 j2 _; j" M
63.           connfd = accept(sockfd,(struct sockaddr*)&addr,&addr_len);
    
64.           write(connfd,msgsend,sizeof(msgsend));    //向其输出欢迎语
    
65.           is_connected[connfd]=1;                   //对客户端的fd对应下标将其设为活跃状态，方便下次调用
    * ], ^9 E: x+ R7 g7 X" W
66.           printf("connected from %s\n",inet_ntoa(addr.sin_addr));
    
67.         }else{                                      //如果套接字是客户端，读取其信息并返回，如果读取不到信息，冻结其套接字
    
68.           if(read(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer))>0){
    
69.             write(fd,msgbuffer,sizeof(msgbuffer));
    
70.             printf("[read]: %s\n",msgbuffer);
    0 ?0 y5 k1 f' G6 f6 Z- S- e9 H
71.           }else{
    
72.              is_connected[fd]=0;
    % {+ ^& m/ N2 ~5 A7 o% n
73.              close(fd);
    7 D3 J+ T8 T0 U$ S& L
74.              printf("close connected\n");
    
75.           }
    
76.         }
    & }) \# V6 W6 u: B4 ~3 x/ Z
77.       }
    
78.     }
    
79.   }
    1 f+ @3 D& N% E8 F3 ~
80. }

复制代码

& ?. g% ]" d  }, {! z- U
7 X+ y0 R) t4 I4 ^% D# G
  \: F) f7 s. `" q5 `